Para peneliti dari Institut Ilmu Industri, Universitas Tokyo telah memecahkan masalah mendasar dalam transmisi informasi kuantum, yang secara dramatis dapat meningkatkan kegunaan sirkuit terpadu dan komputasi kuantum. Kredit: Institut Ilmu Industri, Universitas Tokyo
Elektronik kuantum mewakili perubahan signifikan dari elektronik konvensional. Dalam sistem tradisional, memori disimpan dalam angka biner. Sebaliknya, elektronik kuantum menggunakan qubit untuk penyimpanan, yang dapat mengambil berbagai bentuk, termasuk elektron yang terperangkap dalam struktur nano yang dikenal sebagai titik kuantum. Meskipun demikian, kemampuan untuk mengirimkan informasi di luar titik kuantum yang berdekatan menimbulkan tantangan besar, sehingga membatasi kemungkinan desain qubit.
Sekarang, dalam sebuah penelitian yang baru-baru ini diterbitkan di Surat Tinjauan Fisikpara peneliti dari Institut Ilmu Industri di Universitas Tokyo memecahkan masalah ini: mereka mengembangkan teknologi baru untuk mentransmisikan informasi kuantum dalam jarak mungkin puluhan hingga seratus mikrometer. Kemajuan ini dapat meningkatkan fungsionalitas elektronik kuantum yang akan datang.
Mekanisme Penularan
Bagaimana para peneliti dapat mengirimkan informasi kuantum, dari satu titik kuantum ke titik lainnya, pada chip komputer kuantum yang sama? Salah satu caranya adalah dengan mengubah informasi elektron (materi) menjadi informasi cahaya (gelombang elektromagnetik): dengan menghasilkan keadaan hibrid cahaya-materi. Penelitian sebelumnya tidak sesuai dengan kebutuhan satu elektron dalam pemrosesan informasi kuantum. Meningkatkan transmisi informasi kuantum berkecepatan tinggi dengan cara yang lebih fleksibel dalam desain dan kompatibel dengan alat fabrikasi semikonduktor yang tersedia saat ini adalah tujuan dari penelitian tim peneliti.
“Dalam pekerjaan kami, kami memasangkan beberapa elektron di titik kuantum ke sirkuit listrik yang dikenal sebagai resonator cincin terpisah terahertz,” jelas Kazuyuki Kuroyama, penulis utama studi tersebut. “Desainnya sederhana dan cocok untuk integrasi skala besar.”
Penelitian sebelumnya didasarkan pada penggabungan resonator dengan kumpulan ribuan hingga puluhan ribu elektron. Faktanya, kekuatan kopling didasarkan pada besarnya ukuran ansambel ini. Sebaliknya, sistem saat ini hanya membatasi beberapa elektron, sehingga cocok untuk pemrosesan informasi kuantum. Namun demikian, gelombang elektromagnetik elektron dan terahertz terbatas pada area yang sangat kecil. Oleh karena itu, kekuatan koplingnya sebanding dengan kekuatan sistem banyak elektron.
“Kami sangat gembira karena kami menggunakan struktur yang tersebar luas dalam nanoteknologi canggih – dan umumnya diintegrasikan ke dalam manufaktur semikonduktor – untuk membantu memecahkan masalah praktis transmisi informasi kuantum,” kata Kazuhiko Hirakawa, penulis senior. “Kami juga berharap dapat menerapkan temuan kami untuk memahami fisika dasar keadaan berpasangan cahaya-elektron.”
Pekerjaan ini merupakan langkah maju yang penting dalam memecahkan masalah yang sebelumnya menjengkelkan dalam transmisi informasi kuantum yang memiliki penerapan terbatas pada temuan laboratorium. Selain itu, interkonversi materi-cahaya dianggap sebagai salah satu arsitektur penting untuk komputer kuantum skala besar berdasarkan titik kuantum semikonduktor. Karena hasil para peneliti didasarkan pada bahan dan prosedur yang umum dalam pembuatan semikonduktor, penerapan praktisnya harus mudah.
Referensi: “Interaksi Koheren Titik Kuantum Beberapa Elektron dengan Resonator Optik Terahertz” oleh Kazuyuki Kuroyama, Jinkwan Kwoen, Yasuhiko Arakawa dan Kazuhiko Hirakawa, 9 Februari 2024, Surat Tinjauan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.066901
